W roku 1994 na mistrzostwach świata w USA był jednym z najlepszych piłkarzy włoskiej reprezentacji – zdobył w turnieju 5 bramek, wszystkie w fazie pucharowej (jedną z Hiszpanią w ćwierćfinale i po dwie z Nigerią w 1/8 finału i Bułgarią w półfinale). Włosi dotarli do finału, gdzie przegrali z Brazylią. Zarówno w regulaminowym czasie gry, jak i dogrywce nie padła żadna bramka. W serii rzutów karnych, po pudle Franco Baresiego oraz Daniele Massaro, przy prowadzeniu Brazylii Baggio przestrzelił decydującą jedenastkę.
Na mundialu we Francji w 1998 roku strzelił dwa gole (w meczu z Chile oraz z Austrią). W ćwierćfinale reprezentacja Włoch zagrała z późniejszymi mistrzami świata Francuzami. Po regulaminowym czasie gry był remis. W trakcie dogrywki Baggio nie wykorzystał stuprocentowej sytuacji, oddając strzał z woleja obok słupka. Włosi odpadli po serii rzutów karnych (podczas której Baggio wykorzystał jedną z jedenastek dla Włoch).